OSNOVNA ŠOLA VOJNIK - knjiznica-celje.si · Beseda kristal izvira iz grške besede krystallos, ta pa iz besede kryos, kar pomeni ledeno mrzel. Nekoč so verjeli, da je kamena strela

Mestna občina Celje

Komisija mladi za Celje

RAST KRISTALOV

RAZISKOVALNA NALOGA

AVTORJI Jakob Ban Jaka Samec

Kamil Wahibi

MENTOR Rebeka Žagar, prof.

Celje, marec 2015.

Osnovna šola Vojnik

RAST KRISTALOV

RAZISKOVALNA NALOGA

Avtorji: Mentorica:

Jakob Ban, 7. a Rebeka Žagar, prof. Jaka Samec, 7.a Kamil Wahibi, 7.a

Mestna občina Celje, Mladi za Celje

Celje, 2015

3

ZAHVALA

Za pomoč in podporo pri izdelavi raziskovalne naloge se zahvaljujemo našim družinam

in gospe Barbari Ojsteršek Bliznac, ki je nalogo lektorirala. Posebno zahvalo pa

namenjamo tudi naši mentorici, gospe Rebeki Žagar, ki nas je usmerjala in vodila pri

eksperimentalnem delu ter nam pomagala pri iskanju literature.

4

POVZETEK

Naslov naloge: RAST KRISTALOV

Avtorji: Jakob Ban, Jaka Samec, Kamil Wahibi

Mentorica: Rebeka Žagar

Lektorica: Barbara Ojsteršek Bliznac

Šola: OŠ Vojnik

Z raziskovalno nalogo smo želeli raziskati, kako hitro, kako veliki in kakšnih oblik

zrastejo kristali kuhinjske soli, grenke soli in sladkorja pri različnih temperaturah v

enem tednu. Pridobljene rezultate smo primerjali z rezultati, ki so jih dobili pri

podobnih raziskavah po svetu. Sestavili smo eksperimentalni delovni list z navodili za

izvedbo eksperimenta Rast kristalov. Eksperiment smo izvajali od meseca decembra

2014 do meseca marca leta 2015 na OŠ Vojnik. Opazovanje je potekalo 1 teden.

Priključili smo se tudi Globalnemu eksperimentu 2014 z naslovom »Kakšni so najboljši

pogoji za rast največjih kristalov?«, ki ga organizira The Royal Society of Chemistry.

Ugotovili smo, da so pri sobni temperaturi najbolj zrastli kristali grenke soli. Ti kristali

so bili otrorombični. Kristali kuhinjskega sladkorja so bili manjši od kristalov grenke

soli in nekoliko večji od kristalov kuhinjske soli ter monoklinske oblike. Najmanj pa so

zrastli kristali kuhinjske soli. Ti so bili kubične oblike. Najhitreje so rastli kristali

kuhinjske soli, kristali sladkorja in grenke soli pa so začeli rasti šele po tretjem dnevu. V

hladilniku so po enem tednu zrastli samo kristali kuhinjske soli. V enem od vzorcev,

kamor smo dodali nekaj rdečega barvila za živila, je na dnu čaše zrastlo 5 večjih

kristalov soli. Preostali kristali kuhinjske soli, ki so zrastli v čašah v hladilniku, pa so

bili manjši od tistih pri sobni temperaturi. Naši kristali so bili po velikosti in obliki

podobni kristalom, ki so zrastli drugod po svetu.

Ključne besede: kristali, rast, temperatura, nasičenost, raztopina.

5

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ............................................................................................................................ 9

1.1 Namen..................................................................................................................... 9

1.2 Hipoteze .................................................................................................................. 9

2 TEORETIČNI DEL ................................................................................................... 10

2.1 Kristali .................................................................................................................. 10

2.1.1 Ionski kristali .................................................................................................. 10

2.1.2 Kovalentni kristali .......................................................................................... 10

2.1.3 Molekulski kristali .......................................................................................... 10

2.1.4 Kovinski kristali ............................................................................................. 11

2.2 Kristalni sistemi ................................................................................................... 11

2.3 Kristalizacija ........................................................................................................ 12

2.4 Mednarodno leto kristalografije ........................................................................ 13

3 EKSPERIMENTALNI DEL ..................................................................................... 14

3.1 Potek in metode dela ........................................................................................... 14

3.2 Prikaz in analiza eksperimenta .......................................................................... 15

3.2.1 Eksperimentalni delovni list: Rast kristalov posameznih vzorcev ................. 15

3.2.2 Opazovalni list za beleženje rezultatov .......................................................... 16

3.2.3 Opazovalni list: Velikost in oblika kristalov .................................................. 17

3.2.4 Opažanja in rezultati ....................................................................................... 19

3.2.4.1 Rast kristalov pri sobni temperaturi .................................................................... 19

3.2.4.2 Rast kristalov v hladilniku .................................................................................. 20

3.2.4.3 Opazovanje pod mikroskopom in primerjava kristalov ...................................... 22

3.2.5 Primerjava naših kristalov s kristali drugod po svetu ..................................... 23

3.2.5.1 Rast kristalov grenke soli po svetu ...................................................................... 23

3.2.5.2 Rast kristalov kuhinjske soli po svetu ................................................................. 24

3.2.5.3 Rast kristalov sladkorja po svetu ......................................................................... 25

4 RAZPRAVA ............................................................................................................... 26

5 ZAKLJUČEK ............................................................................................................. 28

6 LITERATURA ........................................................................................................... 29

6

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Kristalni sistemi ...................................................................................... 11

Preglednica 2: Eksperimentalni delovni list ................................................................... 15

Preglednica 3: Opazovalni list 1 ..................................................................................... 16

Preglednica 4: Opazovalni list 2 ..................................................................................... 16

Preglednica 5: Velikost kristalov .................................................................................... 17

Preglednica 6: Oblike kristalov ....................................................................................... 18

Preglednica 7: Rast kristalov pri sobni temperaturi ........................................................ 19

Preglednica 8: Primerjava kristalov ................................................................................ 19

Preglednica 9: Rast kristalov v hladilniku ...................................................................... 20

Preglednica 10: Primerjava kristalov .............................................................................. 20

Preglednica 11: Opazovanje pod mikroskopom ............................................................. 22

7

KAZALO SLIK

Slika 1: Potek dela .......................................................................................................... 16

Slika 2: Potek dela .......................................................................................................... 16

Slika 3: Jaka, Kamil in Jakob med raziskovanjem ......................................................... 17

Slika 4: Opazovanje rasti kristalov pri sobni temperaturi ............................................... 18

Slika 5: Rast kristalov soli pri sobni temperaturi ............................................................ 21

Slika 6: Večji kristali soli v obarvani raztopini z barvilom za živila .............................. 21

Slika 7: Kristal grenke soli.............................................................................................. 21

Slika 8: Rast kristalov grenke soli .................................................................................. 21

8

KAZALO GRAFOV

Graf 1: Rast kristalov grenke soli po svetu ..................................................................... 23

Graf 2: Rast kristalov kuhinjske soli po svetu ................................................................ 24

Graf 3: Rast kristalov sladkorja po svetu ........................................................................ 25

9

1 UVOD Za raziskovalno nalogo z naslovom Rast kristalov smo se odločili, ker je bilo ravno leto

2014 mednarodno leto kristalografije. O kristalih nismo vedeli kaj dosti, zato se nam je

zdela tema zanimiva. Želeli smo spoznati in raziskati kristale, njihovo rast in zgradbo.

1.1 Namen Namen naše raziskovalne naloge je bil raziskati, kako hitro, kako veliki in kakšnih oblik

zrastejo kristali kuhinjske soli, grenke soli in kuhinjskega sladkorja pri različnih

temperaturah v enem tednu. Zanimalo nas je tudi, kakšne rezultate so dobili pri

podobnih raziskavah po svetu.

Izvesti eksperiment po določenem postopku.

Opazovati potek rasti kristalov in beležiti rezultate.

Primerjati naše rezultate z rezultati, ki so jih dobili drugod po svetu.

1.2 Hipoteze Pred raziskavo smo si postavili naslednje hipoteze: 1. Kristali bodo rastli hitreje pri sobni temperaturi kot v hladilniku.

2. Največji bodo zrastli kristali sladkorja pri sobni temperaturi.

3. Vsi kristali bodo v obliki kocke.

4. V primerjavi s kristali z drugih delov sveta, kjer so izvedli podobne raziskave, bodo

naši kristali zrastli manjši.

10

2 TEORETIČNI DEL 2.1 Kristali Kristali so trdne snovi, ki so točno določenih oblik. Ravne zunanje ploskve in pravilna

oblika kristala so posledice urejenosti v notranjosti kristala. Razporejenost gradnikov

kristala je periodična [1].

Beseda kristal izvira iz grške besede krystallos, ta pa iz besede kryos, kar pomeni ledeno

mrzel. Nekoč so verjeli, da je kamena strela v resnici led, ki naj bi tako zmrznil, da se

ne bo nikoli več stalil [7].

Kristalinične so snovi, ki tvorijo kristale. Trdne snovi nepravilnih oblik (npr. tiste, ki ne

tvorijo kristalov) pa so amorfne [9].

Kristali so različnih oblik zaradi različnih razporeditev atomov, molekul ali ionov v

kristalni mreži [1].

2.1.1 Ionski kristali

- Gradniki so ioni.

- Med ioni so ionske vezi, ki so močne.

- So obstojni in imajo visoko tališče.

- Ne prevajajo električnega toka.

- So drobljivi in razkolni.

2.1.2 Kovalentni kristali

- Gradniki kristala so atomi.

- Vezi med atomi so kovalentne.

- So zelo obstojni, imajo visoka tališča in visoko trdoto.

2.1.3 Molekulski kristali

- Gradniki so molekule.

- Vezi med molekulami so šibke molekulske.

- So drobljivi, imajo nizka tališča, nekateri sublimirajo.

11

2.1.4 Kovinski kristali

- Gradniki so ioni kovin.

- Povezani so z elektroni, ki jih oddajo atomi kovin.

- Vsem ionom kristala so skupni valenčni elektroni.

- Prevajajo električni tok.

- Kovine so kovne [1]. 2.2 Kristalni sistemi Kristale delimo v sedem kristalnih sistemov:

- kubični,

- trigonalni,

- tetragonalni,

- heksagonalni,

- ortorombični,

- monoklinski,

- triklinski. Preglednica 1: Kristalni sistemi (vir: http://www.rsc.org/learn-chemistry/resource/res00001379/global-experiment-instructions-2014?utm_)

Triklinski Monoklinski Otrorombični Tetragonalni Kubični Trigonalni Heksagonalni

Kot škatla kosmičev, stisnjena v dve smeri.

Kot škatla kosmičev, stisnjena v eno smer.

Kot škatla kosmičev, kristali so

pogosto zelo dolgi, igličasti.

Kot dve kocki, ki se

držita skupaj.

Pogosto kot

kocka.

Kot Toblerone (čokolada), na videz so

lahko igličasti.

Kot neošiljen svinčnik, lahko so igličasti.

6 ploskev 6 ploskev 6 ploskev 6 ploskev 6 ploskev 5 ploskev 8 ploskev Iz enega kota so tri stranice različnih dolžin.

Iz enega kota so tri stranice različnih dolžin.


Iz enega kota sta dve stranici enako dolgi, tretja pa je približne dolžine kot prvi dve skupaj.

Iz enega kota so vse stranice enako dolge.

Iz enega kota sta dve stranici enako dolgi, tretja pa je daljša.


Noben kot ne meri 90°.

Nekateri koti merijo 90°, ampak ne vsi.

Vsi koti merijo 90°.



Nekateri koti merijo 90°, drugi pa ne.


12

2.3 Kristalizacija Kristalizacija je proces tvorbe kristalov. Poteka z ohlajevanjem taline trdnih snovi, s

sublimacijo trdnih snovi, z namestitvijo kristalne kali v nasičeno raztopino, ki jo potem

ohlajamo ali odparevamo topilo. S tem dosežemo, da se količina topnega topljenca

zmanjšuje, tako se delci izločijo iz raztopine in vežejo na kal, ki je potopljena v

raztopino. Kristalizacijo uporabljamo tudi za čiščenje snovi [9].

Pri procesu kristalizacije vsaka snov izpade v značilni kristalni obliki. Matična lužnica

je raztopina, ki ostane po odločitvi kristalov [1].

Pri procesih kristalizacije v naravnih okoljih nastajajo kristali. Velika večina teh

procesov je nam skrita, ker potekajo globoko pod površjem Zemlje ali pa so dolgo

trajajoči. Takšnim je težko slediti. Kristalizacija v raztopinah ali talinah se začne z

nastankom kristalizacijskih jeder. Okoli njih začne kristal rasti tako, da se osnovne

celice kristala ponavljajo oziroma nadgrajujejo v vseh treh smereh prostora.

Za nastanek kristalov so ključni naslednji dejavniki:

- razpoložljivost kemijskih prvin,

- hitrost ohlajanja raztopine ali taline,

- izhlapevanje topila,

- ustrezna temperatura,

- ustrezen tlak,

- ustrezni pH okolja,

- koncentracija in čistost raztopine,

- prostor,

- čas.

Če kristali nimajo na razpolago dovolj prostora, nastanejo samo kristalna zrna. V naravi

rastejo kristali v skupinah. Lahko so zraščeni, se preraščajo in tako tvorijo prav

zanimive oblike. Kristalom, ki rastejo v simetričnih oblikah, pravimo dvojčki. Lahko so

več metrov veliki ali pa mikroskopsko majhni [3,4].

13

2.4 Mednarodno leto kristalografije Organizatorja mednarodnega leta kristalografije 2014 sta bila Mednarodna zveza

kristalografov (International Union of Crystallography – IUCr) in UNESCO.

Kristalografija je še vedno razmeroma neznana širši javnosti. Je eksperimentalna

znanost, ki se ukvarja z razporeditvijo atomov, molekul ali ionov v trdnih snoveh.

Predstavlja ključno področje znanstvenega in industrijskega razvoja.

Cilj mednarodnega leta je tudi izobraževanje in ozaveščanje javnosti prek različnih aktivnosti [5]. Nekaj primerov koristne uporabe kristalografije:

• Kristalografija lahko najde nove materiale, ki so lahko efektivni filtri za čiščenje

pri pridobivanju pitne vode.

• Kristalografija se lahko uporablja tudi za analizo tal.

• Kristalografske študije bakterij so pomembne za proizvodnjo prehrambenih

izdelkov, pridobljenih iz mleka, mesa, zelenjave in drugih rastlin.

• Kristalografija lahko pripomore k razvoju okoljskih rešitev za izboljšanje

sanitarnih razmer.

• S pomočjo kristalografije lahko razvijemo nove proizvode, ki znižujejo porabo

energije – različni izolacijski materiali [5].

14

3 EKSPERIMENTALNI DEL 3.1 Potek in metode dela Naše raziskovalno delo se je začelo z zbiranjem podatkov in prebiranjem literature.

Sledil je posvet z mentorico in zapis teoretičnega dela. Nato smo sestavili

eksperimentalni delovni list z navodili za izvedbo eksperimenta Rast kristalov.

Eksperiment smo izvajali od meseca decembra 2014 do meseca marca leta 2015 na OŠ

Vojnik. Opazovanje je potekalo 1 teden. Za vsak vzorec smo pripravili tri nasičene

raztopine, v primeru, če nam pri posameznih ne bi zrasli kristali ali zaradi kakršnihkoli

drugih vzrokov. Prav tako je prednost tega tudi v tem, da lahko rezultate primerjamo

med seboj. Delovni in opazovalni list smo priredili po delovnih in opazovalnih listih, ki

smo jih pridobili na spletni strani [http://www.rsc.org/learn-

chemistry/resource/res00001379/global-experiment-instructions-2014?utm].

Podatke smo prikazali z grafi in s tabelami.

Priključili smo se tudi Globalnemu eksperimentu 2014 z naslovom »Kakšni so najboljši

pogoji za rast največjih kristalov?«, ki ga organizira The Royal Society of Chemistry.

Na njihovo spletno stran smo dodali dobljene rezultate pri našem eksperimentu ter jih

primerjali z rezultati, ki so jih pridobili drugi raziskovalci po celem svetu

[http://www.rsc.org/learn-chemistry/resource/res00001379/global-experiment-

instructions-2014?utm].

15

3.2 Prikaz in analiza eksperimenta 3.2.1 Eksperimentalni delovni list: Rast kristalov posameznih vzorcev Pripravili smo nasičeno raztopino pri višji temperaturi in jo nato ohladili, tako da je

nekaj raztopljenega vzorca prišlo iz raztopine v obliki kristalov. Preglednica 2: Eksperimentalni delovni list

Potrebščine Kemikalije

12 čaš (150 ml) 1 čaša (1000 ml) žlička gorilnik stojalo vžigalice merilni valj filtrirni papir lij termometer tanka lesena nabodala ščipalke povečevalno steklo mikroskop

kuhinjska sol (natrijev klorid), NaCl (s) kuhinjski sladkor (saharoza), C12H22O12 (s) grenka sol (magnezijev sulfat), MgSO4 vodovodna voda

Izvedba

1. Prosimo odraslega, da nam zavre vodovodno vodo. 2. V čisto čašo dodamo ustrezno količino našega vzorca (kuhinjska sol, kuhinjski sladkor, grenka sol), ki je potrebna za pripravo nasičene raztopine. 3. Prosimo odraslega, da izmeri 40 cm³ vroče vode (temperatura mora znašati 70 °C ali več) in jo prelije v čašo z vzorcem. Izhodno temperaturo izmerimo (delovni list, preglednica, točka F). 4. Mešamo in če je potrebno, dodamo več vzorca, dokler se ne raztaplja več v vodi. 5. Kvadratni filtrirni papir zložimo v trikotnik in ga odpremo tako, da oblikujemo stožec. 6. Prelijemo toplo nasičeno raztopino skozi zložen filtrirni papir v čisto, prazno čašo. 7. S pomočjo nabodala in ščipalke postavimo konico nabodala pod površino raztopine. 8. Pripravljeno čašo z raztopino pustimo en teden na sobni temperaturi, da zrastejo kristali. Spremljamo rast kristalov. 9. Postopek od 1. do 8. koraka ponovimo, vendar to raztopino postavimo za en teden v hladilnik. 10. Čez en teden zabeležimo temperaturo preostale raztopine (delovni list, preglednica, točka G). 11. Odstranimo nabodalo in določimo največji samostojni kristal. 12. Primerjamo naše kristale s podano preglednico na opazovalnem listu »Velikosti in oblike kristalov« in zabeležimo podatke in rezultate (delovni list, preglednica, točki H, I). Varnost

Pazljivost pri vreli vodi (prosimo odraslega za pomoč). Nosimo haljo, zaščitna očala in rokavice (kadar je potrebno).

16

3.2.2 Opazovalni list za beleženje rezultatov

Vzorec, ki ga uporabljam za rast kristalov, je ________________________________.

Preglednica 3: Opazovalni list 1 Izhodna temperatura (°C) F

Temperatura preostale raztopine (°C) G

Velikost največjega samostojnega kristala (v razponu od 8 do 28 – glej opazovalni list) H

Oblika največjega samostojnega kristala (v razponu od T do Z – glej opazovalni list) I

Preglednica 4: Opazovalni list 2

Slika 1: Potek dela (avtor: Rebeka Žagar)

Slika 2: Potek dela (avtor: Rebeka Žagar)

Kuhinjska sol Grenka sol Kuhinjski sladkor

Velikost največjega samostojnega kristala (v razponu od 8 do 28) H

Oblika največjega samostojnega kristala (v razponu od T do Z) I

17

3.2.3 Opazovalni list: Velikost in oblika kristalov Preglednica 5: Velikost kristalov Velikost kristala Izberi število, ki je najbližje velikosti opazovanega kristala (8 = manjši, 28 = večji). [H] 9

.

10 .

11

.

12

.

13

. 14

.

15

.

16

. 17

. 18 19

20

21 22

23

24 25

26

27

Slika 3: Jaka, Kamil in Jakob med raziskovanjem (avtor: Rebeka Žagar)

18

Preglednica 6: Oblike kristalov

Oblika kristala Izberi črko sistema, ki je najbližje opazovanemu kristalu. [I]

Triklinski (T)

Monoklinski (U)

Otrorombični (V)

Tetragonalni (W)

Kubični (X)

Trigonalni (Y)

Heksagonalni (Z)

Kot škatla kosmičev, stisnjena v dve smeri.

Kot škatla kosmičev, stisnjena v eno smer.

Kot škatla kosmičev, kristali so pogosto zelo dolgi, igličasti.

Kot dve kocki, ki se držita skupaj.

Pogosto kot kocka.

Kot Toblerone (čokolada), na videz so lahko igličasti.

Kot neošiljen svinčnik, lahko so igličasti.

6 ploskev 6 ploskev 6 ploskev 6 ploskev 6 ploskev 5 ploskev 8 ploskev Iz enega kota so tri stranice različnih dolžin.



Iz enega kota sta dve stranici enako dolgi, tretja pa je približne dolžine kot prvi dve skupaj.

Iz enega kota so vse stranice enako dolge.



Noben kot ne meri 90°.

Nekateri koti merijo 90°, ampak ne vsi.






Slika 4: Opazovanje rasti kristalov pri sobni temperaturi (avtor: Rebeka Žagar)

19

3.2.4 Opažanja in rezultati 3.2.4.1 Rast kristalov pri sobni temperaturi Preglednica 7: Rast kristalov pri sobni temperaturi

Izhodna

temperatura (°C) F

Temperatura preostale raztopine

(°C) G

Velikost največjega samostojnega

kristala (v razponu od 8 do 28 – glej

opazovalni list) H

Oblika največjega samostojnega

kristala (v razponu od T do Z – glej opazovalni list) I

Kuhinjska sol

46

21 15 X

Grenka sol

46

22,5 27 V

Kuhinjski sladkor 36 21 16

U

Preglednica 8: Primerjava kristalov (avtor slik: Rebeka Žagar)

Rezultati so pokazali, da so zrastli kristali različnih oblik in velikosti ter da so končne

temperature raztopin različne. Najbolj so zrastli kristali grenke soli. Ti kristali so bili

otrorombični. Bili so značilne igličaste oblike. Kristali kuhinjskega sladkorja so bili

manjši od kristalov grenke soli in nekoliko večji od kristalov kuhinjske soli ter

monoklinske oblike. Če smo jih na hitro pogledali, so bili zelo podobni kristalom

kuhinjske soli. Slednji so zrastli najmanj. Bili pa so kubične oblike.

Najhitreje so rastli kristali kuhinjske soli, kristali sladkorja in grenke soli pa so začeli

rasti šele po tretjem dnevu.



15 27 16


20

3.2.4.2 Rast kristalov v hladilniku Preglednica 9: Rast kristalov v hladilniku

Izhodna

temperatura (°C) F

Temperatura preostale raztopine

(°C) G

Velikost največjega samostojnega

kristala (v razponu od 8 do 28 – glej

opazovalni list) H

Oblika največjega samostojnega

kristala (v razponu od T do Z – glej opazovalni list) I

Kuhinjska sol

46

8,5 22 X

Grenka sol

46

8,5 / /

Kuhinjski sladkor 36 8,5 /

/

Preglednica 10: Primerjava kristalov (avtor slik: Rebeka Žagar)

Rezultati so pokazali, da so v hladilniku po enem tednu zrastli samo kristali kuhinjske

soli. Tudi ti kristali so bili kubične oblike. Presenetljivo se nam je zdelo to, da je v enem

od vzorcev, kamor smo dodali nekaj rdečega barvila za živila, na dnu čaše zrastlo 5

večjih kristalov soli. Ti kristali so se pojavili po treh dneh. Zrastli so posamično in bili

zelo lepih oblik. Kristali grenke soli in sladkorja se po enem tednu niso pojavili.



22 / /


X

/

/

21

Slika 5: Rast kristalov soli pri sobni temperaturi (avtor: Rebeka Žagar)

Slika 6: Večji kristali soli v obarvani raztopini z barvilom za živila (avtor: Rebeka Žagar)

Slika 7: Kristal grenke soli (avtor: Rebeka Žagar)

Slika 8: Rast kristalov grenke soli (avtor: Rebeka Žagar)

22

3.2.4.3 Opazovanje pod mikroskopom in primerjava kristalov Preglednica 11: Opazovanje pod mikroskopom (avtor slik: Rebeka Žagar)

Kristale smo si ogledali tudi pod svetlobnim mikroskopom. Zelo lepe in ostre robove

smo opazili pri kristalih kuhinjske soli. Predvsem bi tu izpostavili kristal, ki je zrastel v

čaši pri nižji temperaturi v hladilniku. Bil je veliko večji in zelo lepe oblike. Ostali

kristali kuhinjske soli v čašah v hladilniku so rastli počasneje v primerjavi s tistimi, ki

so rastli v čašah pri sobni temperaturi. Prav tako so bili kristali kuhinjske soli, ki so

zrastli v čašah v hladilniku, manjši od tistih pri sobni temperaturi. Kristali grenke soli in

sladkorja so pri sobni temperaturi zrastli po treh dneh, v hladilniku pa tudi po enem

tednu nismo opazili nobenega kristala grenke soli in sladkorja.

Ko smo si ogledali obliko posameznih kristalov pod lupo in mikroskopom, smo opazili,

kakšnih oblik so posamezni kristali. Kubični so bili kristali soli, ortorombični so bili

kristali grenke soli, kristali sladkorja pa so bili monoklinski.


Sobna temperatura

Hladilnik

/

/

23

3.2.5 Primerjava naših kristalov s kristali drugod po svetu 3.2.5.1 Rast kristalov grenke soli po svetu

Graf 1: Rast kristalov grenke soli po svetu

Kot je razvidno iz povprečnih rezultatov, so pri našem eksperimentu zrastli največji

kristali grenke soli (27,00). Drugod po svetu so velikosti zelo podobne, mogoče

izstopajo še Združene države, kjer povprečna velikost kristala znaša 23,49. Povprečna

temperatura preostale raztopine po koncu kristalizacije pa je zelo velika na Tajskem

(28,21 °C), nato ji sledi Mehika (25,65 °C). Najnižja povprečna temperatura preostale

raztopine pa je v Združenih državah (18,40 °C). Potrebno je seveda upoštevati, da je v

izračunana povprečja posameznih delov sveta vzetih več različnih krajev v določeni

državi, saj je sodelovalo več udeležencev kot iz Slovenije. Mi smo dodali samo

povprečno velikost kristalov, ki so zrastli v okviru naše raziskave. Zanimiv je tudi

podatek, da so po svetu določili drugačne oblike kristalov grenke soli kot mi. V Veliki

Britaniji in Združenih državah so enako kot mi prišli do ugotovitve, da so kristali

ortorombični. V Mehiki so bili ti kristali kubični, na Tajskem pa monoklinski.

[http://www.rsc.org/learn-chemistry/collections/experimentation/collaborative-

chemistry/global-experiment-2014]

24

3.2.5.2 Rast kristalov kuhinjske soli po svetu

Graf 2: Rast kristalov kuhinjske soli po svetu

Povprečni rezultati kažejo, da so pri našem eksperimentu v primerjavi z ostalimi deli

sveta zrastli podobno veliki kristali kuhinjske soli (15,00). Nekoliko izstopa Mehika,

kjer povprečna velikost kristala znaša 19,29, ter v nasprotnem primeru Tajska, kjer je

povprečna velikost kristala najmanjša (12,09). Povprečna temperatura preostale

raztopine po koncu kristalizacije pa je zelo velika na Tajskem (29,79 °C), nato ji sledijo

Mehika (25,43 °C) in Združene države (24,54 °C). Najnižja povprečna temperatura

preostale raztopine pa je pri nas ter v Veliki Britaniji in znaša okoli 21 °C. Potrebno je

seveda upoštevati, da je v izračunana povprečja posameznih delov sveta vzetih več

različnih krajev v določeni državi, saj je sodelovalo več udeležencev kot iz Slovenije.

Mi smo dodali samo povprečno velikost kristalov, ki so zrastli v okviru naše raziskave.

Po svetu so določili iste oblike kristalov kuhinjske soli kot mi. V Mehiki pa so prišli do

ugotovitev, da so kristali kuhinjske soli tetragonalni. [http://www.rsc.org/learn-

chemistry/collections/experimentation/collaborative-chemistry/global-experiment-2014]

25

3.2.5.3 Rast kristalov sladkorja po svetu

Graf 3: Rast kristalov sladkorja po svetu

V primerjavi z ostalimi deli sveta so pri našem eksperimentu zrastli srednje veliki

kristali sladkorja (16,00). Največji so zrasli v Združenih državah, kjer povprečna

velikost kristala znaša 21,21, najmanj pa so zrastli kristali sladkorja v Mehiki (11,18).

Povprečna temperatura preostale raztopine po koncu kristalizacije je zelo velika na

Tajskem (28,55 °C), nato ji sledi Mehika (26,85 °C). Ostala povprečja temperatur so si

podobna. Potrebno je seveda upoštevati, da je v izračunana povprečja posameznih delov

sveta vzetih več različnih krajev v določeni državi, saj je sodelovalo več udeležencev

kot iz Slovenije. Mi smo dodali samo povprečno velikost kristalov, ki so zrastli v okviru

naše raziskave. Zanimiv je tudi podatek, da so po svetu določili drugačne oblike

kristalov sladkorja kot mi. V Veliki Britaniji in Združenih državah so enako kot mi

prišli do ugotovitve, da so kristali monoklinski. V Mehiki so bili ti kristali triklinski, na

Tajskem pa ortorombični. [http://www.rsc.org/learn-

chemistry/collections/experimentation/collaborative-chemistry/global-experiment-2014]

26

4 RAZPRAVA Ugotovitve, s katerimi smo potrdili ali ovrgli hipoteze, ki smo jih postavili na začetku

raziskovanja.

1. Kristali bodo rastli hitreje pri sobni temperaturi kot v hladilniku. Hipotezo, da bodo hitreje rastli kristali pri sobni temperaturi kot v hladilniku, smo delno

potrdili ter delno ovrgli, saj so kristali hitreje rastli pri sobni temperaturi kot v

hladilniku, vendar nas je presenetil rezultat rasti posameznih kristalov kuhinjske soli v

hladilniku. Ti kristali so namreč zrastli dokaj hitro in veliko bolj kot kristali pri sobni

temperaturi. Ker smo za vsak vzorec pripravili več nasičenih raztopin, smo nato

primerjali razlike med posameznimi raztopinami. Edina razlika je bila ta, da smo v čašo,

kjer so zrastli veliki kristali kuhinjske soli, dodali barvilo za živila. Želeli smo namreč

dobiti obarvane kristale. Rezultat nas je v tem primeru presenetil zato, ker smo

domnevali, da bodo vsi kristali v hladilniku rastli počasi, saj topilo ne izhlapeva tako

hitro kot pri sobni temperaturi. Z izhlapevanjem topila izpade iz nasičene raztopine

netopni del snovi. Na velikost kristalov vpliva hitrost ohlajevanja. Če ohlajujemo hitro,

nastanejo drobni kristali, če pa ohlajujemo počasi, zrastejo večji kristali [1]. V eni

izmed raziskav, ki smo jih zasledili na spletni strani, so podobno kot mi proučevali

vpliv različnih temperatur na rast kristalov kuhinjske soli. Prišli so do ugotovitev, da

rastejo kristali hitreje pri sobni temperaturi kot v hladilniku [10].

Bolj kot je topleje, hitreje topilo izhlapeva in kristali rastejo hitreje. Za rast pa kristali

potrebujejo tudi svetlobo [6].

2. Najbolj bodo zrastli kristali sladkorja pri sobni temperaturi. Hipotezo, da bodo najbolj zrastli kristali sladkorja pri sobni temperaturi, smo ovrgli, saj

so kristali grenke soli zrastli še bolj. Kristali grenke soli so zrastli igličaste, podolgovate

oblike. Ko smo pripravljali nasičene raztopine, smo sladkor kar dodajali in dodajali. V

primerjavi z grenko soljo in kuhinjsko soljo smo za nasičenje potrebovali veliko več

sladkorja. Raztopina je med dodajanjem postajala tudi vse bolj viskozna v primerjavi z

ostalima dvema vzorcema. Tako smo pričakovali, da bodo najbolj zrastli kristali

sladkorja. Vzrok za počasnejšo rast kristalov sladkorja bi bil lahko tudi ta, da se je med

rastjo na površini topila naredila trdna plast, ki je lahko preprečila izhlapevanje. To plast

smo previdno sproti odstranili.

27

3. Vsi kristali bodo v obliki kocke. Hipotezo, da bodo kristali v obliki kocke oziroma kubični, smo ovrgli, saj so kristali v

obliki kocke zrastli samo iz jedilne soli. Kristali, ki so zrastli iz grenke soli, so bili

otrorombični, kristali, ki so zrasli iz kristalnega sladkorja, pa so bili monoklinske

oblike. Po navadi oziroma večinoma so kristali kuhinjske soli kubični, grenke soli

ortorombični in sladkorja monoklinski [2]. V nekaterih primerih pa lahko pride so

drugačnih oblik. Nekatere snovi lahko kristalizirajo v več kristalnih oblikah, ki se

razlikujejo po videzu in velikosti. Do sprememb po navadi pride pri določeni

temperaturi [9]. Prav tako pa na rast in oblike kristalov vplivajo tudi drugi dejavniki.

Natrijev klorid je glavna sestavina kuhinjske soli. Natrijevi in kloridni ioni so stabilni

ioni, ki se pravilno uredijo v ionski kristal in tvorijo kubično obliko. Kristali sladkorja

pa izgledajo kot kakšni asimetrični heksagonalni stebri. Sladkor je snov, ki jo gradijo

molekule saharoze, ki so zgrajene iz medsebojno povezanih atomov ogljika, vodika in

kisika. Med seboj so molekule saharoze povezane s šibkimi vezmi [8].

4. V primerjavi s kristali iz drugih delov sveta, kjer so izvedli podobne raziskave, bodo naši kristali zrastli manjši. Hipotezo, da bodo naši kristali v primerjavi s kristali iz drugih delov sveta, kjer so

izvedli podobne raziskave, zrastli manjši, smo ovrgli, saj so v primeru grenke soli ravno

pri nas zrastli največji kristali. Kristali kuhinjske soli in sladkorja pa so bili po velikosti

podobni kristalom, ki so zrastli drugod po svetu. Potrebno je upoštevati, da je v

izračunana povprečja posameznih delov sveta vzetih več različnih krajev v določeni

državi, saj je sodelovalo več udeležencev kot iz Slovenije. Mi smo dodali povprečno

velikost kristalov, ki so zrastli samo v okviru naše raziskave. Rezultati se niso

ekstremno razlikovali. Edini, ki sta izstopali, sta bili Mehika in Tajska. Prav pri slednji

je bila povprečna temperatura preostale raztopine pri vseh vzorcih dosti večja kot pri

ostalih državah, kristali pa so zrastli manjši. Vzrok za to bi lahko bila visoka zračna

vlažnost, saj je za Tajsko značilno tipično tropsko podnebje. Zaradi vlage je

izhlapevanje omejeno.

28

5 ZAKLJUČEK

Kristali rastejo povsod po svetu, kjer imajo ustrezne pogoje. Rastejo različnih barv,

oblik in velikosti. Veliko ljudi meni, da so kristali samo tisti, ki so dragoceni in se

svetijo. Ne predstavljajo si, da so kristali ves čas v njihovi bližini. Sami smo se med

raziskavo veliko novega naučili. Uporabljali smo snovi, ki jih lahko najdemo v vsaki

kuhinji ali v bližnji lekarni. S pomočjo teh snovi smo pripravljali raztopine, mešali,

segrevali in hladili ter bili na koncu navdušeni nad tem, kako je »iz nečesa malega

zrastlo veliko«. Med drugim smo spoznali tudi pojem kristalografije, o katerem smo

marsikaj prebrali. Tudi sami si nismo predstavljali, da je zelo pomembna na področju

znanstvenega in industrijskega razvoja. Skozi druženje in delo pa se nam je utrnilo

veliko novih idej, kaj bi lahko še dodali, spremenili, izboljšali ali na kakšen drugačen

način pripravili. Lahko bi preverili tudi vpliv pH-ja na rast kristalov ali pa bi uporabili

različne vrste voda. Predvsem pa nas zanima, kako kristalizirajo katere druge snovi.

Zanimivo bi bilo izdelati seznam določenih snovi, pripraviti nasičene raztopine in

opazovati rast kristalov, s takšnimi in drugačnimi lastnostmi. Na koncu bi lahko

pripravili knjižico vseh teh kristaliničnih snovi.

29

6 LITERATURA 1. Kobal E. 1994. Kemija za vedoželjne. Ljubljana, DZS.

2. Learn Chemistry. The art of crystallisation - a global experiment. 2014. [Online.] Dostopno na spletnem naslovu: < http://www.rsc.org/learn-chemistry/resource/res00001379/global-experiment-instructions-2014?utm> [Prebrano 21. 11. 2014.]

3. Nastanek kristala. [Online.] Dostopno na spletnem naslovu: <http://old.gimvic.org/predmeti/gradiva/minerali/nastanek.html> [Prebrano 21. 11. 2014.]

4. Prirodoslovni muzej Slovenije. Minerali in kamnine. 2014. [Online.] Dostopno na spletnem naslovu: <http://www.pms-lj.si/si/o-naravi/minerali-in-kamnine> [Prebrano 21. 11. 2014.]

5. Schneegans S. 2013. Kristalografija danes! [Online.] Dostopno na spletnem naslovu: <http://www.iycr2014.org/__data/assets/pdf_file/0003/87663/Slovenian_translation_cropped.pdf > [Prebrano 21. 11. 2014.]

6. Shoop M. The Best Growing Conditions for Crystals. [Online.] Dostopno na spletnem naslovu: < http://www.ehow.com/list_6621144_growing-conditions-crystals.html> [Prebrano 23. 2. 2015.]

7. Symes R.F., Harding R. R. 1996. Kristali in dragulji. Murska Sobota: Pomurska založba.

8. Urbano L. 2011. Montessori Muddle. Salt and Sugar Under the Microscope. [Online.] Dostopno na spletnem naslovu: < http://montessorimuddle.org/2011/04/24/salt-and-sugar-under-the-microscope/> [Prebrano 23. 2. 2015.]

9. Wertheim J., Oxlade C., Waterhouse J. 1991. KEMIJA: Slikovni pojmovnik. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije.

10. Which Temperature Affects Crystal Growth the Most? 2000. [Online.] Dostopno na spletnem naslovu: <http://www.selah.k12.wa.us/soar/sciproj2000/kaitlyns.html#Results> [Prebrano 23. 2. 2015.] Avtor slike na naslovni strani je Rebeka Žagar.

http://old.gimvic.org/predmeti/gradiva/minerali/nastanek.html

http://www.pms-lj.si/si/o-naravi/minerali-in-kamnine

Documents

OSNOVNA ŠOLA VOJNIK - knjiznica-celje.si · Beseda kristal izvira iz grške besede krystallos, ta pa iz besede kryos, kar pomeni ledeno mrzel. Nekoč so verjeli, da je kamena strela